【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及宽带三极化mimo天线，具体涉及一种基于叠层缝隙结构复用的宽带三极化mimo天线。
技术介绍
1、日渐紧张的频谱资源与不断增长的带宽需求是制约未来通信系统中通信速率和容量的主要瓶颈。在相同的体积内，多极化mimo通信系统能充分利用无线信道中的多极化资源，有效提高信道的空间维度，可以获得相较于单极化系统更高的信道容量。另一方面，由香农公式可知，通信系统的信道容量正比于带宽，这意味着提高通信系统的带宽是解决大容量、高速率通信的重要途径。为满足高速率无线通信系统的应用需求，天线作为无线系统收发信息的装置，其工作带宽应具有宽带特性。过去几十年，人们通常采用多副天线同时工作以完成通信任务，但各个天线之间会产生严重的互耦效应，从而影响系统的通信质量。采用宽带多极化天线来接收或发射信号来覆盖多个频段，能够降低天线单元之间的干扰、降低系统复杂度和减少成本，从而有效的提高通信质量。因此，多极化系统的宽带化和高度集成化趋势日益显著，作为无线终端的宽带多极化天线也面临着更大的设计难题。
2、宽带双极化天线的理论与设计已经较为成熟，但是更高极化维度的宽带多极化天线研究仍然存在许多亟待解决的问题与挑战，其中三极化天线的带宽与尺寸是一对设计矛盾点。目前结构比较紧凑的三极化天线的工作带宽一般比较窄，限制了三极化天线在宽带通信系统中的应用。而要实现宽带性能，三极化天线的尺寸通常都较大，并且需要较复杂的天线和馈电结构，不利于多极化系统的集成与小型化，难以应用在紧凑型、高集成度的通信系统中。因此，面对当前无线通信系统的高数据、高速率的发展
3、现有宽带三极化天线设计的缺点主要表现在：已有宽带三极化天线的尺寸及剖面较大，缺乏小型化、低剖面的三极化天线设计理论与结构，特别是缺乏整体尺寸小于半波长的紧凑型宽带三极化天线设计。例如，现有技术中利用四个环天线单元和双极化电偶极子天线设计了具有三个极化模式的宽带mimo天线，但是需要设计复杂的馈电网络激励环天线阵列，结构较为复杂。例如，现有技术中为了拓展三极化天线的带宽，通过调节接地通孔使得每种特征模式具备双谐振特性，该三极化天线实现了10.8％的相对带宽，但此天线尺寸较大，为1.29×1.29λ02(λ0是中心工作频率对应的波长)，限制了其在天线阵列中的应用。例如，现有技术中通过差分馈电网络和缝隙馈电方式，激励三种正交的线极化模式，实现了16.3％的公共带宽和0.05λ0的低剖面结构，该天线横向尺寸为0.71×0.71λ02，且该结构需要较为复杂的馈电网络。例如，现有技术中将宽带的双极化电偶极子天线结合一个垂直接地的宽带单极子天线，采用垂直pcb对该三极化天线进行搭建，实现了84.7％的相对带宽，但是该三极化天线结构复杂，不仅横向尺寸大，而且剖面也很高，整体尺寸为1.76×1.76×0.29λ03。
4、综上，现有宽带三极化天线设计的缺点主要有以下几点：
5、(1)基于宽带电偶极子设计的宽带三极化天线均为复杂的立体结构，难以在高集成度、低剖面的系统中应用。
6、(2)现有的宽带三极化天线结构较复杂，横向尺寸大，大于半波长，且剖面较高，集成难度高，严重限制了其在相控阵等紧凑型大规模天线阵列中的应用。
7、(3)现有宽带三极化天线为了实现良好的匹配效果，需要设计复杂的馈电网络，增加设计和制造成本。
技术实现思路
1、专利技术目的：为解决现有宽带三极化天线无法同时实现尺寸小、馈电网络简单、工作带宽宽及剖面低的缺点，本专利技术提出了一种基于叠层缝隙结构复用的宽带三极化mimo天线。
2、技术方案：一种基于叠层缝隙结构复用的宽带三极化mimo天线，包括一个基于叠层缝隙结构的双极化微带天线、一个基于缝隙结构加载的单极子天线、第一馈电端口、第二馈电端口和第三馈电端口；
3、所述基于叠层缝隙结构的双极化微带天线包括第一层介质基板、位于所述第一层介质基板上表面的下层微带辐射器、位于所述第一层介质基板下表面的金属接地板、位于所述第一层介质基板上方的第二层介质基板和位于所述第二层介质基板上表面的缝隙贴片；所述第一馈电端口和第二馈电端口通过在不同位置激励下层微带辐射器，获得两个相互正交的水平极化模式；
4、所述基于缝隙结构加载的单极子天线包括单极子天线、十字金属贴片、加载缝隙贴片和阻抗变换加载；所述单极子天线顶部直接与十字金属贴片相连，所述加载缝隙贴片作为单极子天线的顶部负载，该加载缝隙贴片与基于叠层缝隙结构的双极化微带天线中的缝隙贴片进行结构复用；所述十字金属贴片放置在缝隙贴片的正中央；所述阻抗变换加载位于第一层介质基板与第二层介质基板中间的空气层中，用于调节单极子天线的阻抗匹配；所述第三馈电端口激励单极子天线，获得一个垂直极化模式。
5、在本专利技术中，基于叠层缝隙结构的双极化微带天线中的缝隙贴片作为单极子天线的顶部负载，可以实现降低单极子天线剖面高度，同时，使单极子天线可以工作在两种不同的模式，获得两个相近的谐振点，从而扩展单极子天线的工作带宽。
6、进一步的，所述缝隙贴片与下层微带辐射器尺寸不同，利用叠层结构，本专利技术涉及的基于叠层缝隙结构的双极化微带天线可以获得两个相邻的谐振频率，实现双谐振点来拓展双极化微带天线的带宽。
7、进一步的，所述阻抗变换加载包括四个金属柱和金属环形贴片；所述金属环形贴片位于第二层介质基板的下表面；四个金属柱位于第一层介质基板与第二层介质基板中间的空气层中，四个金属柱底部连接金属环形贴片和下层微带辐射器。
8、在本专利技术中，四个金属柱与中间的馈电探针构成的整体等效为一段沿z方向的类同轴结构，用于调节单极子天线的阻抗匹配。
9、进一步的，所述基于叠层缝隙结构的双极化微带天线与基于缝隙结构加载的单极子天线工作于同一频带。
10、进一步的，通过调整十字金属贴片的尺寸，调节单极子天线的谐振频率。
11、在本专利技术中，金属十字贴片的作用类似探针耦合馈电微带天线中的馈电探针，单极子天线通过金属十字贴片与顶部的缝隙贴片进行能量耦合，因此通过调节金属十字贴片的尺寸即可用于调节单极子天线的谐振频率，实现了在单极子天线加载缝隙贴片的尺寸不变时，对其谐振频率进行调节的功能。
12、有益效果：本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：
13、(1)本专利技术提出的一种基于叠层缝隙结构复用的宽带三极化mimo天线，首先，设计了一种基于叠层缝隙结构的双极化微带天线，利用叠层结构，使双极化微带天线获得两个相近的谐振点，扩展双极化微带天线的工作带宽；然后通过单极子天线来实现第三个正交的极化模式，将单极子天线顶部的加载缝隙贴片与基于叠层缝隙结构的双极化微带天线的顶部的缝隙贴片进行结构复用，使用顶部的缝隙贴片加载来降低单极子天线的剖面，从而降低了三极化天线整体的剖面高度；
14、(本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于叠层缝隙结构复用的宽带三极化MIMO天线，其特征在于：包括一个基于叠层缝隙结构的双极化微带天线、一个基于缝隙结构加载的单极子天线、第一馈电端口、第二馈电端口和第三馈电端口；
2.根据权利要求1所述的一种基于叠层缝隙结构复用的宽带三极化MIMO天线，其特征在于：所述缝隙贴片与下层微带辐射器尺寸不同，使双极化微带天线获得双谐振点来拓展双极化微带天线的带宽。
3.根据权利要求1所述的一种基于叠层缝隙结构复用的宽带三极化MIMO天线，其特征在于：所述阻抗变换加载包括四个金属柱和金属环形贴片；所述金属环形贴片位于第二层介质基板的下表面；四个金属柱位于第一层介质基板与第二层介质基板中间的空气层中，四个金属柱连接金属环形贴片和下层微带辐射器。
4.根据权利要求1所述的一种基于叠层缝隙结构复用的宽带三极化MIMO天线，其特征在于：所述基于叠层缝隙结构的双极化微带天线中的缝隙贴片作为单极子天线的顶部负载，使单极子天线获得两个相近的谐振点，扩展单极子天线的工作带宽。
5.根据权利要求1所述的一种基于叠层缝隙结构复用的宽带三极化MIMO天线，
6.根据权利要求1所述的一种基于叠层缝隙结构复用的宽带三极化MIMO天线，其特征在于：通过调整十字金属贴片的尺寸，调节单极子天线的谐振频率。
...【技术特征摘要】
1.一种基于叠层缝隙结构复用的宽带三极化mimo天线，其特征在于：包括一个基于叠层缝隙结构的双极化微带天线、一个基于缝隙结构加载的单极子天线、第一馈电端口、第二馈电端口和第三馈电端口；
2.根据权利要求1所述的一种基于叠层缝隙结构复用的宽带三极化mimo天线，其特征在于：所述缝隙贴片与下层微带辐射器尺寸不同，使双极化微带天线获得双谐振点来拓展双极化微带天线的带宽。
3.根据权利要求1所述的一种基于叠层缝隙结构复用的宽带三极化mimo天线，其特征在于：所述阻抗变换加载包括四个金属柱和金属环形贴片；所述金属环形贴片位于第二层介质基板的下表面；四个金属柱位于第一层介质基板与第二层介质基板中间的空气...
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